Wie gehen wir über unser tägliches Leben, wir sind ständig bombardiert von einem stetigen Strom von sensorischen Informationen. Nehmen Sie einen typischen morgen-routine für Beispiel – aus dem Schlaf gerissen durch einen schrillen alarm, der starke Duft von frisch gebrühtem Kaffee und die Bremslichter und Verkehr Hörner der rush hour. Im Laufe eines einzigen Tages erleben wir Tausende von verschiedenen cues über alle Sinne.
Trotz der zahlreichen chaotischen cues, dem wir begegnen, unser Gehirn zu tun eine Bemerkenswerte Arbeit in der Montage und Verarbeitung; die es uns ermöglicht, den Sinn der Welt um uns herum. Dies kann die Verarbeitung von Form in sehr deutliche Art und Weise, wie unser sehen und hören, sondern tritt auch auf, mehr subtil und unerwartet. Zum Beispiel beim lernen einer neuen Bewegung, unser Gehirn ist ständig mit der Aufzeichnung der sensorischen cues um uns herum. Diese sinnliche Momentaufnahme hilft, zu unterweisen und leiten das Motorische lernen, so dass, wenn wir begegnen den gleichen Kontext wieder, wir werden mehr wahrscheinlich, um führen Sie die Bewegung in einem besseren Weg.
Obwohl es eine fülle von wissen unterstützt die Idee, dass sensorische cues profitieren motorischen Lernens, der präzise Gehirn-schaltkreise und Mechanismen binden diese beiden zusammen debattiert worden in den letzten Jahren. Vergießen ein neues Licht auf dieses Thema, eine kürzlich veröffentlichte Papier im Neuron aus dem Labor von Dr. Jason Christie, Research Group Leader am Max Planck Florida Institute for Neuroscience (MPFI), hat ergeben, dass eine spezielle ein Weg in das Kleinhirn scheint zu halten die Schlüssel zur Kodierung der sensorischen Informationen.
Das Kleinhirn ist eine einzigartige Struktur im Gehirn, spielt eine äußerst wichtige Rolle in der motorischen Koordination und lernen, verbessert die Bewegungen. Durch das erhalten viele inputs aus den verschiedenen Regionen des Gehirns, im Kleinhirn integriert und sendet Informationen verfeinert durch ein einzelnes neuron bezeichnet eine Purkinje-Zelle. Ein wesentlicher input für die Purkinje-Zellen, sind langfristige Prognosen genannt klettern Fasern.
„Klettern Fasern sind sehr gut bekannt und ausgiebig untersucht in das Feld ein.“, beschreibt Dr. Michael Gaffield, Research Fellow in der Christie-Labor und Erstautor der Veröffentlichung. „Diese Fasern bilden das long-range-verbindungen mit dem Kleinhirn und sind gedacht, um liefern lehrreich motor-Signale und relais sensorische Informationen. Aber in den letzten Jahren ist es ‚ s wurde vorgeschlagen, dass die lokalen schaltkreise im Kleinhirn, wie parallele Fasern oder molekularen Schicht Neuronen, kann auch eine Rolle spielen bei der Kodierung der sensorischen Informationen.“
Um zu untersuchen, nutzte das team zwei-Photonen Kalzium-Bildgebung zur überwachung der Aktivität von Purkinje-Zellen im Kleinhirn von Mäusen während der Präsentation verschiedener Sinnesreize (auditiv, visuell und somatosensorisch). Sie dann isoliert und beurteilt Veränderungen in den Purkinje-Zell-Aktivität, die direkt entsprach das timing jedes einzelnen stimulus und klettern Faser-input.
„Innerhalb der einzelnen Purkinje-Zelle, sahen wir, dass eine konsequente Weiterentwicklung von Aktivitäten, wenn ein sensorischer stimulus präsentiert wurde. Aber die Verbesserung war nicht die exakt gleichen in allen drei sensorischen Typen, es variiert abhängig von der Art des stimulus präsentiert“, erklärt Gaffield.
Neben MPFI Wissenschaftler haben untersucht, ob auch andere Zelltypen neben klettern Fasern, steuerte direkt auf die sensorische verstärkte Aktivität gesehen, die in den Purkinje-Zellen. Mit Hilfe von Techniken der optogenetische Inaktivierung (Unterdrückung der neuronalen Aktivität mit Hilfe von Licht) und chemogenetic Hemmung (Unterdrückung der neuronalen Aktivitäten mit Hilfe von Drogen), das team war in der Lage zu hemmen einzelnen Zelltypen in der lokalen cerebelläre schaltkreise. Trotz änderung der lokalen Aktivität, keine Veränderung eingetreten, um die sensorischen verstärkte Aktivität der Purkinje-Zellen. Jedoch, durch die Hemmung klettern Faser Tätigkeit, die direkt der Erweiterung wurde abgeschafft; darauf hinweist, dass klettern Fasern sind allein verantwortlich für die Vermittlung von sensorischen Informationen an das Kleinhirn.
Einnahme Ihrer Untersuchung einen Schritt weiter, Christie lab Pionier einer neuartigen Technik, die es Ihnen erlaubt, überwachen Sie die Aktivität von klettern Faser axonalen Projektionen selbst. Sie entdeckten, dass bei der Präsentation von sinnesreizen, die abgestufte Veränderungen in der präsynaptischen Aktivität von klettern Fasern war genau dargestellt in den Purkinje-Zellen; stärkere Aktivität im klettern Faser war genau gespiegelt durch eine stärkere Aktivität in den Purkinje-Zellen, die Sie verbinden.
„Unsere Ergebnisse tatsächlich kam ein bisschen überraschend“, bemerkt Dr. Christie. „Traditionell wurde angenommen, dass sensorische Signale, die Ankunft in das Kleinhirn integriert wurden und werden von der Purkinje-Zellen mit lokalen verbindungen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Purkinje-Zellen sind lediglich reflektiert, was das klettern zu tun. Dies bedeutet, dass eine mehr distale region des Gehirns ist, die die eigentliche Verarbeitung von sensorischen Informationen und einfach die Weiterleitung auf das Kleinhirn. „